公路基层综合稳定土关键技术参数研究

摘 要：系统地阐述了公路基层在石灰土无法满足强度要求的条件下，加入了水泥后形成综合稳定土的情况。由于水泥与土壤中的水发生水化反应，使综合稳定土的密度和强度发生了变化，进而导致检验标准的改变。总结了综合稳定土产生的原因、使用条件、工艺原理和施工原则，对其日后的使用有重要的指导意义。

关键词：公路基层；稳定土；密度；强度

中图分类号：U412.22 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.115

一般情况下，普通公路路基施工的基层或底基层选用石灰和土拌和，形成能够满足设计强度的石灰稳定土。但是，当土质的塑性指数比较低时，石灰土很难达到强度技术标准的要求。晏高公路工程是一条连接两县之间的二级公路，在施工过程中，经过试验研究，采用关键技术参数研发出了综合稳定土施工领先技术。采用石灰、水泥2种材料拌和而成的稳定土后，水泥稳定剂会与土中的水发生水化反应，逐渐形成凝聚网状结构，水化作用继续进行，就形成了三向的结晶网状结构，结构开始形成强度，并不可逆。它的出现对施工工艺和检验标准有重要的影响。因此，本文结合笔者的试验研究，简要论证了这种工艺产生的原因、使用条件、试验原理、施工工艺和检测方式等，以推动这项技术的发展和进步。

1 产生原因和使用条件

在我国，将石灰稳定土用作路基基层、底基层。这种技术被广泛使用的原因是，材料容易获取，价格较低，工艺简单，使用时间较长，施工经验丰富。机械设备完善。现代公路的建设标志之一就是可以根据公路等级预测交通流量，并为公路基层设计了强度标准——不同位置的承压层设计的强度值也是不同的。晏高公路地处山东济南以北地区，属黄河冲积平原区，土质多为低液限粉土，塑性指数Ip处于6～14之间，变化幅度比较大。公路底基层设计强度为0.5 MPa，基层设计强度为0.8 MPa。采用不同比例的石灰稳定土时，能够满足底基层的设计强度技术指标，而土质的塑性指数Ip在10以上的也满足基层的强度标准。但是，在DK37+200～DK48+800取土场，取土场土的塑性指数Ip仅为6.8.使用石灰稳定土的试验结果如表1所示。

从表1中可以看出，使用任何剂量的石灰都不能满足设计强度指标的要求。因此，在施工时，需要做出相应的改变。在原理上，采用的对策主要有以下3点：①提高稳定用石灰的质量。在施工过程中，可以提高石灰中的有效成分CaO的含量。但是，由于石灰都产于济南市郊的山区，石灰的生产规模比较小，提高CaO的含量是有困难的。②更换土场。多次试验结果表明，一般情况下，相同的石灰剂量，塑性指数越高，稳定土的强度越高。因此，如果能够更换塑性指数比较高的土场，就能够较好地满足强度指标的要求。但是，由于该公路工程地处黄河冲积平原，附近经济范围内的土场的土性基本一致，更换土场是很困难的。③改变或添加稳定剂。

2 综合稳定土使用原理和工艺试验

石灰稳定土具有一定的强度是因为石灰消解后，溶液中的钙离子（Ca++）取代土粒表面一价钠、钾离子（Na+、K+），使土颗粒的结合水膜变薄而聚结成集粒，增大石灰土的内摩阻力。石灰土经过压实操作，黏土颗粒表面的少量活性氧化硅（SiO2）和氧化铝（AI2O3）与（Ca（OH）2）发生化学反应，生成不溶性含水硅酸钙和含水铝酸钙，将黏土颗粒黏结起来，有效改善了石灰土的强度和水稳定性。由试验结果可知，石灰土中的石灰含量与土的塑性指数、强度的关系如图1所示。

由图1可知，塑性指数越高，稳定土的强度越高；塑性指数越低，与氧化钙反应的钠、钾离子减少，石灰材料富余，强度也越低。

3 石灰剂量与水泥剂量的选择原则

选择综合稳定土时，应先进行不同剂量的石灰稳定土试验，而单独使用石灰稳定土已不能满足强度指标的要求。选择最大强度对应的剂量设计为综合稳定土的使用掺量。在此次施工过程中，结合图1所示的试验结果，综合稳定土采用14%的石灰掺量。

从图1所示的试验结果中可以看出，14%的石灰稳定土在强度上最接近设计强度。考虑添加2%，3%，4%的水泥掺量进行试验。舍去1%掺量是考虑掺量太少，难以保证施工的均匀性；5%掺量及以上不予考虑则是从经济的角度出发作出的选择。

采用与石灰稳定土相同的试验步骤进行最大密度和强度试验。水泥不进行闷料准备，在标准击实工作开始前，要加入石灰稳定土进行试验，试验结果如表2所示。

由于最大密度的试验允许误差为0.02 g/cm3，所以，可以认为添加的水泥剂量对最大密度的影响在误差范围内。这样，就可以使用一个标准密度，以便于对比。

由于水泥的掺量比较小，所以，采用了3%的水泥掺量，在小范围内进行了施工试验。试验按照计算出的面积用石灰撒出布料的灰线，然后在划好的方格内布置一袋与试验相同的矿渣硅酸盐水泥，并在划定范围内摊铺均匀、拌和、碾压，在施工结束后立刻记录施工时间，并检测压实度。检测结果如表3所示。

表3中的数据说明，加入水泥后，水泥与石灰土中的水发生了水化反应，改变了土的结构。随着时间的延时，对最大密度产生了一定的影响。

为了掌握水泥水化反应的影响规律，拌和了水泥与灰土后，进行了不同时间的密度、强度试验。设计在掺入水泥后即刻试验，并在掺入水泥后的6 h、8 h、10 h、12 h进行试验，以检验水泥中掺入其他物质后，发生水化反应对稳定土密度和强度的影响。具体的试验结果如表4、表5所示。

根据每个试块的抗压强度，按照公式计算试验结果：

式（1）中：Rd为设计抗压强度；Za为标准正态分布表中随机保证率而变的系数，这里保证率取95%，Za=1.645；Cv为试验结果的偏差系数。

分析试验数据可以得到，在综合稳定土中掺入水泥，其最大密度和强度是随时间的变化而变化的。因此，在施工过程中，必须先确定一个施工区段的完成时间，然后，根据延时试验结果确定一段时间的最大密度和与之对应的强度。

在此次试验中，2%的水泥掺量不能满足95%保证率的强度条件；3%及以上的水泥掺量在12 h及以下满足强度条件的要求。

根据实际的施工时间和强度试验结果，确定以6 h施工时间为标准，最大密实为1.64 g/cm3。与之对应的具有95%保证率的强度为掺量3%的水泥综合稳定土，其强度为1.02 MPa，能够满足具有95%保证率的强度条件。

4 结束语

将塑性指数比较低的石灰土用于路基基层中，当强度不能满足设计强度要求时，需要添加稳定剂来提高稳定土的强度。

由于水泥会与石灰土中的水发生水化反应，产生凝聚网状结构，就会改变石灰土的原有结构，影响最大密度和强度。因此，需要通过试验得到时间、最大密度、强度这三个关键技术参数。

根据施工完成时间确定与之相应的最大密度和强度，这是综合稳定土质量控制的关键。

确定了质量控制参数后，在施工过程中，要严格按照试验时间施工。另外，施工长度不得随意加长或缩短。

不同的施工时间对应不同的密度和强度，施工时需要分别对待。延长施工时间，标准密度会大于实际密度，压实度达不到要求；缩短施工时间，标准密度会小于实际密度，压实度与实际情况不符。只有将标准与施工过程结合起来，才能更好地把握工程施工质量。

参考文献

[1]交通部公路科学研究所.JTJ 034—2000 公路路面基层施工技术规范[S].北京：中国标准出版社，2000.

[2]交通部公路科学研究所.JTG E40—2007 公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，2007.

[3]严家伋.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社出版，2004.

作者简介：申立刚（1965—），男，山西太原人，高级工程师，1986年毕业于上海铁道学院铁道工程专业（本科）。

〔编辑：白洁〕